pédologie 5

Chaîne double

Deux chaînes simples peuvent, en mettant certains de leurs atomes d’oxygène en commun, former une chaîne double ou ruban. La période la plus courte que l’on puisse concevoir a pour valeur 0,27 nm, diamètre de l’ion oxygène (fig. 11), et sa formule serait (Si2O5)d2-; mais on ne l’observe pas dans les silicates, car une telle distance Si-Si est trop courte. Cependant, elle existe dans la sillimanite , dans laquelle chaque tétraèdre Si a pour voisins trois tétraèdres Al et réciproquement; les chaînes sont associées par des ions Al+3 hexacoordonnés par les oxygènes des chaînes, et la formule de la sillimanite s’écrit Al(AlSi)O5 pour distinguer entre eux les aluminiums de coordinations 4 et 6.

La double chaîne la plus importante résulte de l’association de deux chaînes (Si2O6)d des pyroxènes ; sa formule (Si4O11)d est celle des amphiboles , constituants importants des roches.

 

Les cristaux présentent deux clivages parfaits dont l’angle varie entre 540 et 560. Leur formule générale est X2-3Y5Z8O22(OH,F)2, dans laquelle X désigne des cations mono- ou bivalents volumineux, les rayons ioniques étant compris entre celui de Mg2+ (0,066 nm) et celui de K+ (0,133 nm); Y des cations bi- ou trivalents de rayons ioniques compris entre 0,051 nm (Al3+) et 0,080 nm (Mn2+); et Z, essentiellement Si, pouvant être remplacé partiellement (1/4) par Al ou Fe3+. Les minéralogistes distinguent: les amphiboles du groupe de l’antophyllite , orthorhombique, (Mg,Fe)7Si8O22(OH,F)2; les amphiboles calciques , monocliniques, comme la trémolite  Ca2Mg5Si8O22(OH,F)2, utilisée dans l’industrie de l’amiante, l’actinolite , où Fe2+ remplace partiellement Mg, et la forme la plus commune, la hornblende ; enfin, le groupe des amphiboles sodiques  telles que le glaucophane  Na2Mg3Al2Si8O22(OH,F)2 et la riébeckite , plus riche en fer.

On rapproche des amphiboles l’aenigmatite  (Na,Ca)(Fe2+,Ti,Al,Fe3+)5O3(Si4O11).

3.2.16. Les sorosilicates

Les sorosilicates les plus simples, du point de vue structural sont ceux qui comportent le groupe Si2O7 de deux tétraèdres SiO4 associés par un sommet, et que l’on a appelé diorthosilicates  ou encore pyrosilicates . Avec le silicate de scandium Sc2Si2O7, la thorveitite , on peut citer: les minéraux du groupe de la mélilite  (Ca,Na,K)2(Mg,Al)(Al,Si)2O7, tous quadratiques; l’hémimorphite  ou calamine , important minerai de zinc, qui était considérée comme l’orthosilicate Zn2SiO4 . H2O, mais dont l’étude structurale a conduit à la formule Zn4Si2O7(OH)2O; la lawsonite  CaAl2Si2O7(OH)2 . H2O; enfin, l’ilvaïte  CaFe22+Fe3+Si2O7O(OH).

Le groupe de l’épidote  comprend la série isomorphe X2Y3(Si2O7)(SiO4)O(OH,F), avec X = Ca2+, Fe2+, Mn2+, Mn3+, Ce3+, La3+, Y3+, Th4+, et Y = Al3+, Fe3+, Fe2+, Nn3+, Mn2+, Ti4+; les principaux termes sont la zoïsite  et la clinozoïsite  (X2Y3 = Ca2Al3), l’épidote  avec Ca2(Fe3+Al2), l’allanite  ou orthite  avec (Ca,Ce,La,Y)2(Mn,Fe,Al)3. On retrouve aussi des groupes SiO4 et Si2O7 dans la vésuvianite  (ou idocrase ) et la pumpellyite , caractéristique du faciès métamorphique de certains schistes.

Parmi les cyclosilicates , l’anneau le plus petit des tétraèdres SiO4, de composition Si3O96-, n’apparaît que dans un petit nombre de minéraux comme la bénitoïte  BaTiSi3O9 et la catapléite  Na2ZrSi3O9 . H20; l’anneau de quatre tétraèdres, Si4O128-, se trouve dans la neptunite  Na2FeTiSi4O12, qui accompagne la bénitoïte, et dans l’axinite  (Ca,Mn,Fe)3Al2(BO3)(Si4O11)(OH). L’anneau Si6O1812- apparaît, avec des formes et des symétries différentes, dans de plus nombreux silicates: le béryl  Be3Al2Si6O18 (fig. 13), dont la variété transparente, d’une belle couleur verte attribuée à la présence de chrome, est l’émeraude , l’une des pierres les plus précieuses de la joaillerie; la cordiérite  (Mg,Fe)2Al3(AlSi5)O18, qui intervient dans la constitution des roches éruptives; les tourmalines , de formule générale NaX3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH,F), avec X = Li, Al dans l’elbaïte  et la rubellite  (incolores, rouges ou vertes), Mg dans la dravite  (incolore à brun plus ou moins foncé), Fe, Mn dans le shorl  (Noir), et qui se présentent souvent en beaux cristaux transparents pyroélectriques et sont des minéraux communs des granites dans lesquels se concentre le bore (fig. 14); ou encore le beau minéral transparent, vert, qu’est la dioptase  Cu6Si6O18 . 6H2O.

3.2.17. Les nésosilicates

Parmi les nésosilicates les plus importants, certains de densité élevée, ont une structure atomique qui est un assemblage compact d’ions oxygène. Dans la phénacite  Be2SiO4, la willémite  Zn2SiO4, l’eucryptite  LiAlSiO4, tous les cations sont tétracoordonnés, de sorte que chacun des oxygènes est commun à un tétraèdre SiO4 et à deux tétraèdres tels que BeO4; dans les olivines  (péridots ), solutions solides de la forstérite  Mg2SiO4 et de la fayalite  Fe2SiO4, les ions Mg et Fe sont hexacoordonnés. Les grenats  forment un groupe de minéraux cubiques X3Y2(SiO4)3 où X représente les ions bivalents Mg, Fe, Mn, Ca, et Y les ions trivalents Al, Cr, Fe. Avec Y = Al, on distingue le pyrope  (X = Mg), l’almandin  (X = Fe), la spessartine  (X = Mn), le grossulaire  (X = Ca); avec Y = Cr et X = Ca, l’ouwarovite ; avec Y = Fe et X = Ca, l’andradite , dont la variété transparente verte, appelée démantoïde , est recherchée pour la joaillerie. Le groupe du zircon  comprend, avec ce minéral quadratique ZrSiO4, la thorite  ThSiO4 et l’uranothorite  (Th,U)SiO4.

On désigne par nésosubsilicates  les silicates renfermant des tétraèdres SiO4 indépendants avec des oxygènes non liés aux siliciums: la sillimanite , l’andalousite , le disthène , formes polymorphiques de Al2SiO5, qui interviennent dans les roches métamorphiques et sont les indicateurs de la température et de la pression auxquelles elles ont été soumises; la mullite , très voisine de la sillimanite avec un rapport Si/Al variable, constituant essentiel des céramiques; la topaze  Al2SiO4(F,OH)2, dont les variétés gemmes sont recherchées; la staurotide  (Mg,Fe)2(Al,Fe)9O6(SiO4)4(O,OH)2, minéral de métamorphisme régional mésograde; le sphène  ou titanite  CaTiSiO5; les minéraux du groupe de la humite , de formule Mg(OH,F)2 . 3Mg2Si04, qui présentent des analogies chimiques et de genèse avec la forstérite; la datolite  CaBSiO4(OH); le chloritoïde , riche en aluminium et en fer, lamellaire.

3.3 LES ROCHES ("géologie"dans ce site, sciences de la terre 10)

On distingue les roches :

- magmatiques, ignées ou éruptives ( magmatites)

- sédimentaires

- métamorphiques

Nous les classons et les étudions en se plaçant du point de vue du pédologue : en fonction de laur aptitude à l'altération et de la nature du complexe d'altération fourni.

3.3.1 Roches éruptives

Ces roches, issues du refroidissement d'un magma peuvent adopter une structure grenue si celui-ci s'est refroidi plus ou moins lentement, souvent dans une situation confinée, les minéraux se trouvent alors sous la forme de gros cristaux d'égale dimension ( roche plutoniques ). Par contre les magmas qui se refroidissent plus ou moins rapidement, à la surface de la terre donnent des roches porphyriques ou microlithiques, caractérisées par la présence d'une "pâte" vitreuse ou microcristalline, ceci concerne surtout les vulcanites ou laves d'épanchements.

On peut également classer les roches ignées en fonction de leur composition minéralogique et de leur teneur en silice. Sur le graphique qui suit, on peut visualiser à gauche de celui-ci les roches riches en silice, qui sont qualif iées d'"acides". A droite de ce graphique, on distingue les roches pauvres en silice, qualifiées de "basiques"

Le processus d'altération caractéristique des roches éruptives est l'hydrolyse dont les modalités et les résultats sont fonction, d'une part de leur composition et d'autre part de leur structure.

Les roches acides, riches en silice ( libre ou combinée ) sont plus résistance à l'altération que les roches basiques, pauvres en silice; les premières donnent naissance, au moins sous climat tempéré, à des composés solubles ou amorphes et à une quantité réduite d'argiles de transformation ( provenant des micas);les secondes sont plus favorables à une néoformation d'argile, relativement importante, notamment sous climat chaud. Par ailleurs, les roches microlithiques ou vitreuses d'épanchement, s'altérent souvent très rapidement par hydratation des minéraux ( contrôlée par la matière organique du sol ), en donnant naissance à un silicate paracristallin , l'allophane.

3.3.2 Roches sédimentaires

Les roches sédimentaires sont de composition chimique et minéralogique variée; elles sont souvent faites de mélanges. Leur origine est souvent multiple. Il est ainsi difficile de proposer une classification satisfaisante .

D'après leur origine, on distingue:

* les roches détritiques provenant de la destruction de roches, ou d'organismes: cailloutis, sables, sables coquiliers et leur correspondants indurés, les conglomérats, grès et grès coquiliers.

* les roches chimiques issues de la précipitation des corps dissous dans l'eau: sel gemme, potasse, tufs calcaires, silex...

* les roches biochimiques provenant de l'activité synthétique des organismes: charbons, travertins... En fait, de nombreuses roches ont des origines mixtes: une accumulation de coquilles peut être considérées d'origine biochimique, puisque ce sont les animaux qui ont sécrété leur coquille, et d'origine détritique si ces coquilles sont brisées. Il est également délicat de faire la part des activités algaires ou bactériennes dans les précipitations chimiques.

D'après la composition chimique, on distingue:

* les roches siliceuses (silice)

* les roches argileuses (phyllosilicates d'aluminium)

* les roches carbonatées(carbonates de calcium et magnésium)

* les roches phosphatées(phosphates de calcium)

* les roches carbonées(carbone et hydrocarbures)

* les roches salines (chlorures, sulfates de Ca, Na, K)

                   * les roches ferrifères (oxydes, hydroxydes de fer)

  • Dans cette classification, les roches faites d'un mélange de constituants chimiques pourront être rangées dans plusieurs catégories: par exemple, les marnes (argile + calcaire), les brèches polygéniques (éléments de divers types pétrographiques), le loess (dépôt éolien formé de quartz, d'argile et de calcaire)...

Les trois propriétés qui interviennent dans l'altération et ma pédogenèse sont

1° La composition minéralogique

2° La granulométrie des particules ( fine ou grossière)

3° La dureté, certaines roches étant meubles ou friables, d'autres consilidées et parfois durcies.

Le tableau qui suit présente une classification simplifiée de roches sédimentaires, permettant de mettre en évidence ces trois propriétés ; au point de vue composition, on se bornera à distinguer trois grandes catégories de roches :

- les roches clastiques, formées de silices et de silicates, mais pauvres en carbonates ( le plus souvent, elles en sont dépourvues );

- les roches calcaires, dans lesquelles le carbonate de calcium ( parfois associé au carbonate de magnésium ) est l'élément dominant ;  

- les roches mixtes, qui contiennet une part équivalente de silicates et de carbonates.

Les roches sédimentaires s'altèrent très différemment, selon qu'il s'agit de roches clastiques ou de roches calcaires ( ou mixtes ).

   

 composition                               granulométrie                         meuble                          consolidée                              durcie                                

Roches clastiques

( silice, silicates )

fine

limoneuse

sableuse

argiles, marnes

loess, limons éoliens

sables

argillites, ardoises

Prélites, grauwakes

grès

meulières-quartzites
Roches calcaires ( argilo-limoneuse

craie

carcaire fin

calcaire oolithique

tufs

calcaire coralliens

marbres cristallins

roches mixtes

fine

grossière

calcaire marneuxe

calcaire gréseux, molasse

marbres argilo-calcaires

meulière calcaire

marbres argilo-calcaires

meulière calcaire

 Les roches sédimentaires s'altèrent très différemment, selon qu'il s'agit de roches clastiques ou de roches calcaires (ou mixtes). Pour les premières, les processus d'héritage ( ou de transformation plus ou moins poussée en ce qui concerne les argiles) sont les processus dominants, de sorte que la granulométrie du sol est souvent très proches de celle du matériaux d'origine.Par ailleurs, l'altération est évidemment d'autant plus lente et difficile que la roche est davantage consolidée ou durcie. En ce qui concerne les roches riches en calcaire, le processus mis en jeu et le résultat de l'altération diffèrent considérablement en fonction de la composition de la roche et de sa dureté. La craie et les calcaires fins font l'objet d'un ameublissement mécanique sous l'action du gel notamment, donnant naissance à des particules fines de CaCO3 ( calcaire actif). Les calcaires marneux tendres subissent un gonflement par hydratation des argiles, qui ameublit la roche, libérant un matériau argilo-calcaire fin, encore riche en calcaire actif. Enfin les calcaires durs ( et pauvres en impuretés silicatées ) s'altèrent par corrosion et dissolution superficielle, les impuretés silicatées (argiles) subsistent seules, formant des pellicules, souvent remaniées par les eaux de ruissellement: elles s'accumulent dans les fentes de la roches ou les dépression ( argiles de décarbonatation) formant souvent des paléosols, sous climat tempéré. Ce type d'altération caractérise les KARTS.

3.3.3 Roches métamorphiques

Les roches métamorphiques sont formées par la recristallisation (et généralement la déformation) de roches sédimentaires ou de roches magmatiques sous l'action de la température et de la pression qui croissent avec la profondeur dans la croûte terrestre ou au contact d'autres roches.

Ces transformations se font à l'état solide, c'est-à-dire sans fusion de la roche (magmatisme).

C'est grâce au changement des conditions initiales de température (et parfois de pression) que le métamorphisme se met en place. En effet, les composants chimiques perdent ou gagnent une molécule d'eau (H2O) ce qui entraîne une réorganisation chimique, et donc minéralogique, de la roche.

Elles ont des caractéristiques très différentes selon leur composition, la température atteinte, la vitesse et la manière avec lesquelles elles refroidissent, ce qui donne plus de 700 variétés différentes de roches métamorphiques.

En pédologie, les plus importantes résultent du durcissement, et parfois de la cristallisation ( avec formation de minéraux nouveaux ) de roches silicatéesr, sablo-argileuses, schématiquement, on distinguera les phyllades, les micaschistes et les gneiss, suivant un ordre de transformation croissant ; les processus et les produits de l'altération des roches métamorphiques "acides"sont, en gros, comparables à ceux des roches éruptives correspondantes, avec une différence essentielle cependant : pour une composition minéralogique comparable, la texture est plus fine ( souvent"limoneuse)  . Quant aux roches métamorphiques dites "basiques" ( roches "vertes", chloritoschistes), elles comportent des minéraux spéciaux : serpentine, chlorite, qui s'altèrent très rapidement.  

===============================================================

SUITE 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

.

3 votes. Moyenne 4.00 sur 5.

Ajouter un commentaire
Code incorrect ! Essayez à nouveau

Date de dernière mise à jour : 21/06/2014